光伏綠色建材的設計及工藝研究

對于建筑行業而言，光伏是可再生能源中與建筑物結合成本最低，節能效果最好的產品。我國建筑能耗約占全社會總能耗的 30%，光伏+建筑成為建筑行業轉型升級、節能減排的新思路通過產品創新、工藝改進、產線智能化等手段，光伏綠色建材產品價格逐年下降，已達到可量化推廣的階段。

1 背景技術

光伏組件指具有封裝及內部聯結的，能單獨提供直流電輸出的，最小不可分割的光伏電池組合裝置。光伏組件（俗稱太陽能電池板）由太陽能電池片（整片的兩種規格 125 mm×125 mm、156 mm×156 mm、124 mm×124 mm 等）或由激光切割機或鋼線切割機切割開的不同規格的太陽能電池組合在一起構成。由于單片太陽能電池片的電流和電壓都很小，然后把其先串聯獲得高電壓，再并聯獲得高電流后，通過一個二極管（防止電流回輸）然后輸出，并且把他們封裝在一個不銹鋼、鋁或其他非金屬邊框上，安裝好上面的玻璃及背面的背板、充入氮氣、密封，整體稱為組件，也就是光伏組件或說是太陽電池組件。

光伏綠色建材是將光伏和建筑融合到一起，代替屋頂、窗戶和外墻，形成光伏與建筑材料集成產品，既可以當建材，又能利用綠色太陽能資源發電，可謂兩全其美，而且可以降低系統造價。現有的光伏綠色建材中，單個光伏建材的尺寸較小，對于較大的應用面而言，需要進行光伏建材的拼接，降低了光伏建材的整體美觀性，而對于大尺寸的光伏建材，由于單片的尺寸較大，在制備過程中存在的問題包括：組件過程中，極易出現短路的情況；在合片、層壓過程中，極易出現開焊、擠碎或硌碎電池片的情況。現有的技術中，也僅僅是記錄了對于小型的光伏綠色建材的制備方法和工藝要求，缺乏對于大型光伏綠色建材的技術探索，在消費者對于建材美觀程度的需求日益增長的前提下，急需一種大型光伏綠色建材填補市場的空白，以滿足消費者的美觀需求。

2 技術方案設計

2.1 結構設計

光伏綠色建材包括：超白鋼化玻璃、背板用鋼化玻璃、電池串組，電池串組包括若干組電池串，每組電池串由若干片單晶電池片組成，通過密封膠封裝在玻璃前端和背板之間，密封膠為聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)膠，若干組電池串至少包括八組電池串，每組電池串至少包括四片單晶電池片。

電池串組還包括若干二極管，每個二極管至少與兩組電池串連接。單晶電池片包括第一單晶電池片、第二單晶電池片，第一單晶電池片的正極與第二單晶電池片的負極連接。

背板的長度為 2～5 m，寬度為 1～2 m。背板條的長度為 3 255 mm，其中長度的第一誤差范圍為 ±1 mm，背板條的寬度為 1 487 mm，其中寬度的第二誤差范圍為 ±1 mm。

2.2 生產工藝

2.2.1 原材料準備

原材料主要包括：鋼化玻璃、電池片、焊帶、匯流帶、PVB、接線盒、硅膠等，生產前對玻璃、PVB 進行保溫，環境溫度為：25～30 ℃。

2.2.2 焊 接

將單晶電池片焊接成電池串，將單晶電池片焊接成電池串的過程中，保持片間焊帶的長度一致，在焊接收尾時，焊接工具延伸到單晶電池片的外部；時間間隔為 1～5 min。焊接注意焊接手法，在收尾時，要延伸到電池片外部在抬起烙鐵頭。焊接過程中，注意錫點、錫凸起，及時用烙鐵抹平。焊接時注意開焊，邊焊邊檢，及時返修。焊接時注意片間焊帶長短，避免出現片間焊帶出現 S 彎，造成外觀不合格、頂碎電池片。焊接時注意焊帶連接方式按圖紙要求焊接，避免出現短路現象。

2.2.3 敷 設

將電池串鋪設在背板上，將玻璃前端和背板通過 PVB 膠進行合片。

敷設環境溫度為：25～30 ℃，敷設前對每串電池串進行EL圖像測試，敷設大料前，對上下層玻璃進行合片。敷設前檢查電池串高點、開焊、片連接。連接匯流帶時，引線和非引兩端人員，一人按住非引端焊帶，另一人均勻用力拉平電池串。

合片過程溫度為 25～30 ℃，層壓過程和合片過程的時間間隔不超過 5 min。合片過程中需固定電池串的非引端焊帶，將電池串拉平，其中，在拉平過程中，拉力保持一致，拉力大于 3 N；時間間隔為 2～4 min。合片前進行電致發光（electro luminescence,EL）圖像測試，檢查組件是否存在雜物，避免玻璃起片。合片后，在抬運組件過程中，要平穩搬抬，避免組件彎曲，擠碎電池片。

2.2.4 層 壓

組件到層壓后，5 min 內進爐，避免 PVB 變硬硌碎電池片；組件入爐前，關閉羅茨泵，減小抽空速度。層壓過程的抽空速度為 60～75 L/s。

2.3 合片裝置的設計

在合片的過程中，最上方的一張玻璃板緩慢無沖擊放置在電池板上，為了避免將電池板壓壞的情況，提高成品率，本文還設計了一種電池板合片裝置。

合片裝置包括工作臺，工作臺上對稱設置有輔助合片裝置，輔助合片裝置包括水平推送部和豎直升降部，水平推送部與豎直升降部固接，豎直升降部底端與工作臺滑動連接，豎直升降部頂端設置有合片組件。水平推送部為第一氣缸，第一氣缸缸體水平固接在工作臺上，第一氣缸活塞桿端部固接在豎直升降部側面。豎直升降部包括第二氣缸，第二氣缸缸體底端與工作臺滑動連接，第二氣缸缸體底端側面與第一氣缸活塞桿端部固接。工作臺兩端開設有滑槽，第二氣缸底端固接有滑塊，滑塊設置在滑槽內并與滑槽滑動連接。合片組件為支撐架，支撐架包括L形板，L形板一側固接有支撐板，支撐板遠離 L 形板的一端固接在第二氣缸活塞桿端部。合片組件為夾具，夾具包括 U 形槽，U 形槽內插接有夾塊，U 形槽內水平設置有彈簧，彈簧一端與夾塊固接，彈簧另一端與 U 形槽內壁固接。

合片裝置通過設置水平推送部、豎直升降部，實現對合片組件的水平與豎直移動，在機械手抓取玻璃板達到電池板上方時，通過水平推送部、豎直升降部將合片組件移動至玻璃板位置并將玻璃板夾取，此時移走機械手，通過控制合片組件緩慢下移，直至完全放置在電池板上時，再最后移走合片組件，實現了最后一張玻璃板無沖擊合片作業，避免了在合片時對電池板造成壓壞的情況。

3 結 語

光伏綠色建材整體尺寸大，能應用于圍欄、隔離墻、闌珊等，實現了光伏綠色建材的大尺寸建材的成功制備，滿足了消費者對于大尺寸建材的需求，填補了行業的技術空白。